JP2018111108A - 複合部材およびこの複合部材からなる切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＣ基超硬合金とＷＣ基超硬合金を、接合部材を介して接合した高温接合強度に優れた複合部材および切削工具を提供すること。【解決手段】ＷＣ基超硬合金部材同士を、Ｓｍ蒸着膜−Ｔｉ箔−Ｓｍ蒸着膜の積層体からなる接合部材を介して固液相拡散接合させ、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面からＷＣ基超硬合金部材には、Ｓｍ拡散層を形成し、接合部には、Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層、Ｔｉ−Ｃｏ層を形成した複合部材において、前記Ｓｍ拡散層は、５〜１００μｍの平均層厚を有し、かつ、前記Ｃｏ−Ｓｍ層は、２０〜８０原子％Ｃｏ−２０〜８０原子％Ｓｍの平均組成を有し、前記ＴｉＣ層は、９０原子％以上のＴｉＣを含有し、前記Ｔｉ−Ｃｏ層は、４５〜７５原子％Ｔｉ−２５〜５５原子％Ｃｏの平均組成を有する複合部材およびこの複合部材からなる切削工具。【選択図】図２

Description

本発明は、接合部の高温接合強度に優れた複合部材に関し、特に、ＷＣ基超硬合金とＷＣ基超硬合金とを接合した複合部材およびこの複合部材からなる切削工具に関する。

従来から、工具材料としては、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ焼結体等が良く知られているが、近年、工具材料を単一素材から形成するのではなく複合部材として工具材料を形成することが提案されている。

例えば、特許文献１には、サーメット焼結体を第１の被接合材１とし、ｃＢＮ焼結体またはダイヤモンド焼結体を第２の被接合材３とする接合体であって、第１の被接合材および第２の被接合材の間に１０００℃未満では液相を生成しない接合材２（例えば、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ）を介して接合し、該接合は０．１ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力で加圧しながら通電加熱することによって行うことが提案されており、これによって得られた接合体は、切削中に、ロウ材が液相を生成する温度を超える高温となっても、接合層の接合強度が低下することがないため、高速切削加工工具やＣＶＤコーティング切削工具として好適であるとされている。

また、特許文献２には、超硬合金焼結体を第１の被接合材１とし、ｃＢＮ焼結体を第２の被接合材２とする接合体において、第１の被接合材および第２の被接合材の間にはチタン（Ｔｉ）を含有する接合材３を介して、少なくとも、第２の被接合材の背面と底面からなる２面で接合し、第２の被接合材と接合材との界面には、厚み１０〜３００ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）化合物層を形成し、また、背面の接合層の厚みを、底面の接合層の厚みよりも薄くすることによって、接合強度が高い切削工具等の接合体を得ることが提案されている。

さらに、特許文献３には、ｃＢＮを２０〜１００質量％含むｃＢＮ焼結体と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相：５０〜９７質量％と、残部として、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする結合相：３〜５０質量％とからなる硬質合金との複合体において、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間に接合層を設け、該接合層をセラミックス相と金属相とから構成し、さらに、該接合層の厚さを２〜３０μｍとすることによって、複合体の接合強度を高めることが提案されている。

特開２００９−２４１２３６号公報 特開２０１２−１１１１８７号公報 特開２０１４−１３１８１９号公報

前記特許文献１〜３で提案された複合材料あるいはこれからなる切削工具は、通常条件の切削加工では、ある程度の性能を発揮するが、例えば、切れ刃に高負荷が作用し、かつ、高熱発生を伴う高送り、高切り込みの重切削条件では、高温接合強度が十分であるとはいえず、接合部からの破損が発生する問題があった。
そこで、切れ刃に高負荷が作用し、かつ、高熱発生を伴う重切削条件においても、接合部からの破断が生じないような、より高い高温接合強度を備えた接合部を有する複合部材およびこれからなる切削工具が望まれている。

本発明者らは、前記従来の複合部材およびこれからなる切削工具の問題点を解決すべく、ＷＣ基超硬合金とＷＣ基超硬合金からなる複合部材およびこの複合材からなる切削工具、例えば、超高圧高温焼結時にｃＢＮ焼結体の焼結と同時にＷＣ基超硬合金（裏打ち材）を接合した複合焼結体からなる切刃部とＷＣ基超硬合金工具基体（台金）とを接合部材を介して接合した切削工具において、その接合部の接合強度を改善する方策について鋭意研究した結果、
一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材を、Ｔｉ箔の表面にＳｍ薄膜を蒸着した接合部材を介して接合し、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材とが接合部によって接合された複合部材において、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面からＷＣ基超硬合金の内部に向かって、ＷＣ基超硬合金の結合相中にＳｍが拡散した所定の平均層厚のＳｍ拡散層が形成され、また、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に向かって、Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層及びＴｉ−Ｃｏ層が形成された接合部を設けることによって、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との高温接合強度を向上させた複合部材が得られることを見出した。

そして、切削工具用の材料として、前記複合部材を用いた場合には、切れ刃に高負荷が作用し、かつ、高熱発生を伴う鋼や鋳鉄の重切削加工に供した場合であっても、接合部からの破断が発生することもなく、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮することができることを見出したのである。

本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）ＷＣ基超硬合金部材同士が１〜５０μｍの平均層厚を有する接合部を介して接合されている複合部材であって、
前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、前記ＷＣ基超硬合金部材の内部に向かって、前記ＷＣ基超硬合金の結合相の平均組成がＣｏ８０原子％未満でＳｍ２０原子％以上となる平均層厚５〜１００μｍのＳｍ拡散層が形成されていることを特徴とする複合部材。
（２）前記接合部におけるＴｉの平均組成は５０〜９９原子％であることを特徴とする（１）に記載の複合部材。
（３）前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に向かって、平均層厚０．１〜３μｍのＣｏ−Ｓｍ層、平均層厚０．５〜５μｍのＴｉＣ層、および、Ｔｉ−Ｃｏ層が形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の複合部材。
（４）前記Ｃｏ−Ｓｍ層は、平均組成で２０〜８０原子％のＣｏと２０〜８０原子％のＳｍを含有し、前記ＴｉＣ層は、平均組成で９０原子％以上のＴｉＣを含有し、前記Ｔｉ−Ｃｏ合金層は、平均組成で４５〜７５原子％のＴｉと２５〜５５原子％のＣｏを含有することを特徴とする（３）に記載の複合部材。
（５）前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の複合部材から構成されていることを特徴とする切削工具。」
を特徴とするものである。

以下に、本発明について、詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の複合部材は、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材との間に接合部材を配置し（図１（ａ）参照）、接合部材を介して一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材とを突き合わせ、所定の加圧力を付加した状態で、所定の温度、時間をかけて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部材とを固液相拡散接合する（図１（ｂ）参照）ことにより、ＷＣ基超硬合金部材同士が接合部を介して接合された本発明の複合部材を作製することができる。

図２は、図１（ｂ）の拡大模式図を示す。
図２において、接合されるＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、ＷＣ基超硬合金部材の内部に向かって、平均層厚５〜１００μｍのＳｍ拡散層が形成されており、該拡散層においては、ＷＣ基超硬合金の結合相の平均組成はＣｏ８０原子％未満でＳｍ２０原子％以上となる。
また、前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に向かって、接合部には、Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層が形成されている。

前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、ＷＣ基超硬合金部材の内部に向かって形成されるＳｍ拡散層は、Ｔｉ箔表面にＳｍ蒸着膜を形成した接合部材を用いて固液相拡散接合を行った際、接合部材表面のＳｍ成分が、ＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏと共晶反応を起こし、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面で溶融するとともに、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面からその内部に向けてＳｍが拡散したことによって形成される拡散層である。
また、固液相拡散接合時のＳｍの溶融によって、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面での濡れ性を確保され、強固な接合が行われる。
さらに、ＳｍはＷＣ基超硬合金部材中に拡散し、結合相成分であるＣｏと合金化して等温凝固するため、高融点層が残存し、接合温度（６００〜９００℃）以上の温度環境で使用しても接合部が溶融・軟化することはないので、高い高温接合強度を確保することができる。
固液相拡散接合を生じ得るに十分な温度、時間、圧力を与えた場合には、該拡散層におけるＷＣ基超硬合金の結合相成分であるＣｏにＳｍが拡散し、結合相の平均組成は、Ｃｏ８０原子％（以下、「原子％」を単に、「％」で示す。）未満でかつＳｍ２０％以上となり、拡散層の平均層厚は５〜１００μｍとなる。
なお、拡散層における好ましい結合相の平均組成は、Ｃｏ５０〜７０％でかつＳｍ
３０〜５０％の範囲内であり、また、拡散層の好ましい平均層厚は、２０〜５０μｍである。
上記拡散層における結合相の平均組成が、Ｃｏ８０原子％以上、Ｓｍ２０％未満の場合、あるいは、拡散層の平均層厚が５μｍ未満である場合には、ＷＣ基超硬合金部材と接合部材との十分な接合が行われていないため、複合部材の接合部における高温接合強度が満足できるものとはならない。
また、拡散層の平均層厚が１００μｍを超えるような場合には、接合部との界面近傍のＷＣ基超硬合金部材におけるＳｍ含有量が過剰となり、低融点化するため、高温使用条件下での使用、あるいは、高負荷条件下での使用において、接合強度が低下し、破損する恐れがある。

前記拡散層の平均層厚は、例えば、次のような方法によって求めることができる。
走査型電子顕微鏡およびオージェ電子分光装置を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面を縦断面観察し、ＷＣ基超硬合金部材側からみて、ＷＣ結晶粒が観察される臨界位置をＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面と定める。
前記界面からＷＣ基超硬合金の内部側へ、界面に垂直な方向５００μｍにわたって、１０μｍ間隔で５０本の線分を引く。
該線分について、線分析を行ってＷＣ基超硬合金の結合相中のＣｏ含有量およびＳｍ含有量を測定し、結合相中にＳｍを２０％以上含有する測定点のうち、界面からＷＣ基超硬合金の内部側に最も離れた測定点までの距離を各線分における拡散領域幅とする。
５０本の線分についての線分析のうちで、前記拡散領域幅の広いもの１０本の拡散領域幅を平均し、この値を拡散層の平均層厚として求める。

また、前記拡散層の平均組成は、例えば、次のような方法によって求めることができる。
走査型電子顕微鏡を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面を縦断面観察し、接合界面に平行な３本の線分を、拡散層を厚さ方向に４等分するように引き、オージェ電子分光装置を用いて、各直線状に存在する３点の結合相上で点測定を行い、測定点９点の測定値を平均することによって、拡散層におけるＣｏ、Ｓｍの平均組成を求める。

固液相拡散接合時に、接合部には、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に向けて、Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層が形成されるが、接合部全体としては、Ｔｉの平均含有量が５０〜９９％であることが好ましい。
接合部全体としてのＴｉの平均含有量が５０％未満では、接合部自体の強度が低下し、複合部材に高負荷が作用した場合には、接合部自体から破断・破損する恐れがあり、一方、Ｔｉの平均含有量が９９％を超えると、固液相拡散接合におけるＳｍの拡散が十分でないため、ＷＣ基超硬合金部材と接合部の接合強度が十分でなく、接合界面から破断することがあるという理由による。

固液相拡散接合時に形成される前記Ｃｏ−Ｓｍ層は、平均層厚０．１〜３μｍであって、その組成は、２０〜８０％のＣｏと２０〜８０％のＳｍからなることが好ましい。
このＣｏ−Ｓｍ層は、固液相拡散接合時、溶融したＳｍとのＣｏの共晶化反応によって形成されるものであるが、その平均層厚が０．１μｍ未満の場合、あるいは、Ｃｏ含有量が２０％未満であってＳｍ含有量が８０％を超えるような場合には、ＷＣ基超硬合金の内部へのＳｍの拡散が不十分であって、所定の平均層厚の拡散層が形成されないため、ＷＣ基超硬合金部材と接合部の界面接合強度が十分でない。
一方、Ｃｏ−Ｓｍ層の平均層厚が３μｍを超えるような場合、あるいは、Ｃｏ含有量が８０％を超えＳｍ含有量が２０％未満となる場合には、拡散層近傍のＣｏ量が減少し、その結果、ＷＣ基超硬合金自体の靱性が低下するため、高負荷が作用した際に、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面近傍で破断を起こしやすくなる。
したがって、Ｃｏ−Ｓｍ層の平均層厚は０．１〜３μｍ、また、Ｃｏ−Ｓｍ層の組成は、２０〜８０％Ｃｏ−２０〜８０％Ｓｍとすることが好ましい。
なお、前記Ｃｏ−Ｓｍ層の平均層厚、組成は、複合部材作成時の固液相拡散接合条件によって制御されるが、後記するＴｉＣ層の平均層厚、組成、また、Ｔｉ−Ｃｏ層の組成についても、固液相拡散接合条件によって制御されることになる。

前記ＴｉＣ層は、接合部材として用いたＴｉ箔のＴｉ成分と、ＷＣ基超硬合金の構成成分であるＣが、固液相拡散接合時の反応で形成されたものであるが、前記所定の平均層厚及び組成の拡散層、また、前記所定平均層厚及び組成のＣｏ―Ｓｍ層を形成させたときに、平均層厚０．５〜５μｍの層として必然的に形成される層である。
ＴｉＣ層の主要成分は、ＴｉＣであって、９０％以上のＴｉＣが含有されているが、ＴｉＣ以外の成分（例えば、Ｗ成分、Ｃｏ成分、Ｓｍ成分）が微量含有されていても、ＴｉＣ層の高温強度に大きな悪影響を及ぼさないことから、Ｗ成分、Ｃｏ成分、Ｓｍ成分等の微量成分については、合計含有量で１０％未満の含有が許容される。

前記Ｔｉ−Ｃｏ層は、固液相拡散接合時にＷＣ基超硬合金から拡散してきたＣｏと、接合部材として用いたＴｉ箔のＴｉ成分が反応して形成される層であるが、その組成は、Ｔｉが４５〜７５％、また、Ｃｏが２５〜５５％であることが好ましい。
前記Ｔｉ−Ｃｏ合金層において、Ｔｉが４５％未満でＣｏが５５％を超えると、ＷＣ基超硬合金からのＣｏ拡散量が多すぎるため、ＷＣ基超硬合金自体の強度が低下しやすくなり、一方、Ｔｉが７５％を超えＣｏが２５％未満になると、接合部を介したＷＣ基超硬合金同士の強固な接合状態を維持できなくなる。
したがって、接合部に形成されるＴｉ−Ｃｏ層におけるＴｉ含有量は４５〜７５％、また、Ｃｏ含有量は２５〜５５％とすることが好ましい。

前記Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層の平均層厚、組成は、次のようにして求めることができる。
ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、接合部側に界面に垂直な方向５０μｍにかけて、面状の元素分析を行い、接合部中でＣｏおよびＳｍを含有する層をＣｏ−Ｓｍ層とし、ＴｉおよびＣを含有する層をＴｉＣ層とし、ＴｉとＣｏを含有する層をＴｉ−Ｃｏ層として、各層の平均層厚および各層における各成分の含有量を測定し、各測定値を平均することによって、各層の平均層厚、平均組成を求めた。
なお、ＴｉおよびＣを含有するとともに、Ｗ、ＳｍおよびＴｉの測定された合計含有量が１０％未満である層はＴｉＣ層とした。

本発明では、特定構造、材質の接合部材を用い、固液相拡散接合を施すことにより、前記本発明の複合部材を得ることができる。
本発明で使用する接合部材としては、前述したように、Ｓｍ蒸着膜−Ｔｉ箔−Ｓｍ蒸着膜の積層体からなる平均層厚１〜５０μｍの接合部材を用いることができ、Ｓｍ蒸着膜の厚さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。

本発明の複合部材は、例えば、以下の方法により、作製することができる。
前記の接合部材を、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材との間に介在させ、例えば、１×１０^−３Ｐａ以下の真空中、６００〜９００℃の範囲内の所定温度に５〜６００分間保持し、荷重０．５〜１０ＭＰａの条件で加圧し、固液相拡散接合することによって、ＷＣ基超硬合金部材中に拡散層が形成され、また、接合部材中には、Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層が形成されている接合部を有する複合部材を作製することができる。
特に、固液相拡散接合時において、接合部材表面のＳｍ成分が溶融して、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面での濡れ性を確保して高温接合強度を高めるとともに、ＷＣ基超硬合金の結合相であるＣｏと合金化して等温凝固する際、高融点層が残存するため高温接合強度を高めるため、すぐれた高温接合強度を備えた複合材料が形成される。

前記の固液相拡散接合により作製した本発明の複合部材は、一方のＷＣ基超硬合金部材を切刃部側とし、他方のＷＣ基超硬合金部材を工具基体とすることにより切削工具を構成することができる。
より具体的にいえば、例えば、複合部材の一方のＷＣ基超硬合金部材を、切刃部側であるｃＢＮ焼結体の裏打ち材とし、また、他方のＷＣ基超硬合金部材を工具基体（台金）とすることにより、ｃＢＮ切削工具を形成することができる。

本発明は、ＷＣ基超硬合金部材同士を、Ｔｉ箔の表面にＳｍ蒸着膜が形成された積層体からなる接合部材を介して固液相拡散接合することによって、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面からＷＣ基超硬合金部材の内部にかけてＳｍ拡散層を形成し、かつ、接合部には、接合部の厚さ方向中心に向かってＣｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層を形成することによって、高温接合強度に優れた複合部材を得ることができるのである。
また、上記複合部材から切削工具を構成した場合には、切刃に高負荷が作用する重切削加工に供した場合であっても、接合部からの破断を生じることはなく、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮するのである。

本発明の複合部材の作製過程を示した模式図であって、（ａ）は、接合前、（ｂ）は固相拡散接合によって得られた接合後の複合部材を示す。 図１（ｂ）の拡大模式図であり、本発明の複合部材の接合部近傍の拡大模式図を示す。 （ａ）は、本発明の複合部材の接合部近傍の断面ＳＥＭ像を示し、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図を示す。

つぎに、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
なお、以下に説明した実施例は、本発明の一実施態様であって、本発明の具体的な実施の形態は、これに制限されるものではない。

原料粉末として、いずれも０．５〜１μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度１４００℃、保持時間１時間の条件で焼結し、表１に示される４種のＷＣ基超硬合金焼結体（以下、単に「超硬合金」という）Ａ−１〜Ａ−４を形成した。

次に、ｃＢＮ焼結体の原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＢ_２粉末、ＴｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成で配合し、ボールミルで２４時間アセトンを用いて湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で直径１５ｍｍ×厚さ１ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形した。
ついで、前記超硬合金Ａ−１〜Ａ−４を、直径１５ｍｍ×厚さ２ｍｍのサイズの焼結体とし、これを、ｃＢＮ焼結体の焼結時の裏打ち材とし、裏打ち材上に前記ｃＢＮ圧粉体を表２に示す組合せで積層し、ついでこの積層体を、超高圧発生装置を用いて、温度：１３００℃、圧力：５．５ＧＰａ、時間：３０分の条件で焼結し、複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４を作製した。
複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４のｃＢＮ焼結体の組成について、ｃＢＮ焼結体断面研磨面のＳＥＭ観察結果の画像分析によりｃＢＮの面積％を容量％として求めた。
ｃＢＮ以外の成分については、主結合相およびその他の結合相を構成している成分を確認するに止めた。その結果を表２に示す。

次に、本発明接合部材１〜４として、表３に示すＳｍ蒸着膜−Ｔｉ箔−Ｓｍ蒸着膜からなる積層体Ｃ−１〜Ｃ−４を用意した。
また、後記する比較例のために、比較例接合部材５〜７として、同じく表３に示すＳｍ蒸着膜−Ｔｉ箔−Ｓｍ蒸着膜からなる積層体Ｃ−５〜Ｃ−７も用意した。

次いで、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に、表３に示す本発明の接合部材１〜４を挿入介在させ、表４に示す条件（即ち、１×１０^−３Ｐａ以下の真空中、６００〜９００℃の範囲内の所定温度に５〜６００分間保持し、０．５〜１０ＭＰａの加圧力を付加した条件）で複合焼結体と超硬合金を加圧接合し、表６に示す拡散層を形成するとともに、同じく表６に示すＣｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層及びＴｉ−Ｃｏ層を備えた接合部を有する本発明複合部材１〜１０を作製した。
なお、複合焼結体はｃＢＮ焼結体が外面、裏打ち材が内面となるように配置、即ち、裏打ち材であるＷＣ基超硬合金と工具基体（台金）であるＷＣ基超硬合金が接合部材を介し接合するように配置した。
また、今回の実施例においては、裏打ち材であるＷＣ基超硬合金と同じ組成のＷＣ基超硬合金を工具基体（台金）であるＷＣ基超硬合金として用いたが、本発明の範囲内になるように異なる組成のＷＣ基超硬合金を用い接合を行ってもよい。

比較のために、表３に示される接合部材を用い、これを、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に介在装入し、表５に示す条件で、複合焼結体と超硬合金を加圧接合し、表７に示す拡散層、あるいは、表７に示す各層を備えた接合部を有する比較例複合部材１〜１０を作製した。
なお、複合焼結体の接合配置は本発明複合部材と同様とした。

ついで、本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０について、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から内部に向けて形成された拡散層、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に形成されたＣｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層の平均層厚、成分組成を、走査型電子顕微鏡及びオージェ電子分光装置を用いて、次のように測定・算出した。

まず、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から内部に向けて形成された拡散層について、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面を縦断面観察し、ＷＣ基超硬合金部材側からみて、ＷＣ結晶粒が観察される臨界位置をＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面と定めた。
ついで、前記界面からＷＣ基超硬合金の内部側へ、界面に垂直な方向５００μｍにわたって、１０μｍ間隔で５０本の線分を引いた。
該線分について、線分析を行ってＷＣ基超硬合金の結合相中のＣｏ含有量およびＳｍ含有量を測定し、結合相中にＳｍを２０％以上含有する測定点のうち、界面からＷＣ基超硬合金の内部側に最も離れた測定点までの距離を各線分における拡散領域幅とした。
５０本の線分についての線分析のうちで、前記拡散領域幅の広いもの１０本の拡散領域幅を平均し、この値を拡散層の平均層厚として求めた。
また、前記拡散層の平均組成は、走査型電子顕微鏡を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面を縦断面観察し、接合界面に平行な３本の線分を、拡散層を厚さ方向に４等分するように引き、オージェ電子分光装置を用いて、各直線状に存在する３点の結合相上で点測定を行い、測定点９点の測定値を平均することによって、拡散層におけるＣｏ、Ｓｍの平均組成を求めた。

また、前記Ｃｏ−Ｓｍ層、ＴｉＣ層およびＴｉ−Ｃｏ層の平均層厚、組成は、次のようにして求めた。
ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、接合部側に界面に垂直な方向５０μｍにかけて、１０本の線分を引き、同線分上で元素分析を行い、接合部中でＣｏおよびＳｍを含有する層をＣｏ−Ｓｍ層とし、ＴｉおよびＣを含有する層をＴｉＣ層とし、ＴｉとＣｏを含有する層をＴｉ−Ｃｏ層として、各層の平均層厚を測定した。また、各層における厚さ方向の中央点における各成分の含有量を測定した。これら１０本の線分上の各測定値を平均することによって、各層の平均層厚、平均組成を求めた。
なお、ＴｉおよびＣを含有するとともに、Ｗ、ＳｍおよびＴｉの測定された合計含有量が１０％未満である層はＴｉＣ層として扱った。
表６、表７に、その結果を示す。

次に、本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０から切削工具を作製し、切削加工における破断発生の有無を調査し、これによって本発明複合部材１〜１０の特性を評価した。
まず、複合部材からなる切削工具は、以下のように作製した。
前記で作製した複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４を、平面形状：開き角８０°の一辺が４ｍｍの二等辺三角形×厚さ：２ｍｍの寸法に切断した。続いて、前記超硬合金Ａ−１〜Ａ−４を、平面形状：１２．７ｍｍの内接円で開き角８０°の菱形×厚さ：４．７６ｍｍの寸法の焼結体とし、この焼結体の上下平行面の内、何れかの面の１角を、研削盤を用いて上記複合焼結体の形状に対応した大きさの切欠きを形成した。この切欠きの底面の面積は２．９６ｍｍ^２であり、側面の面積は４．８９ｍｍ^２である。次いで、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に、表３に示される接合部材を挿入介在させ、表４に示す条件で複合焼結体とＷＣ基超硬合金を加圧接合し、この複合部材を外周研磨加工後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＧＡ１２０４０８のインサート形状を有する、本発明切削工具１〜１０を作製した。
なお、複合焼結体はｃＢＮ焼結体が外面、裏打ち材が内面となるよう、即ち、裏打ち材と工具基体（台金）が接合部材を介し接合するように配置した。
また、これら本発明切削工具１〜１０の接合部は表６に示す本発明複合部材１〜１０と実質的に同様であることを確認した。
同様に、前記で作製した複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４と、前記で作製した超硬合金Ａ−１〜Ａ−４の間に、表３に示す接合部材を挿入介在させ、表５に示す条件で加圧接合し、比較例切削工具１〜１０を作製した。
また、これら比較例切削工具１〜１０の接合部は表７に示す比較例複合部材１〜１０と実質的に同様であることを確認した。

つぎに、前記各種の切削工具をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明切削工具１〜１０、比較例切削工具１〜１０について、以下に示す浸炭焼き入れ鋼の乾式高速重切削試験を行い、刃先脱落の有無および破断部の場所を観察した。
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５（硬さ：５８ＨＲｃ）の丸棒、
切削速度：２７０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．４ ｍｍ、
送り：０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１３分、
（通常の切削速度、送りは、それぞれ、１５０ｍ／ｍｉｎ、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）
表８に、切削試験結果を示す。

表８に示されるように、本発明複合部材１〜１０から構成された本発明切削工具１〜１０は、刃先の脱落もなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮することから、本発明複合部材の接合部は、すぐれた高温接合強度を有するといえる。
これに対して、比較例複合部材１〜１０から構成される比較例切削工具１〜１０は、切削中に接合部から刃先脱落が生じ、早期に工具寿命に至ることから、本発明複合部材に比して、接合部の高温接合強度が劣っていることは明らかである。

なお、本実施例においては、切削工具としてインサートを例にとって説明したが、本発明は、インサートに限られることなく、ドリル、エンドミルなど切刃部と工具本体との接合部をもつすべての切削工具、ビット等の掘削工具に適用可能であることはいうまでもない。

本発明の複合部材は、その接合部の高温接合強度が大であり、この複合部材から作製した切削工具は、各種の鋼や鋳鉄などの高速重切削加工等の高負荷切削加工に使用することができ、しかも、長期に亘って安定した切削性能を発揮するものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (5)

1. ＷＣ基超硬合金部材同士が１〜５０μｍの平均層厚を有する接合部を介して接合されている複合部材であって、
   前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から、前記ＷＣ基超硬合金部材の内部に向かって、前記ＷＣ基超硬合金の結合相の平均組成がＣｏ８０原子％未満でＳｍ２０原子％以上となる平均層厚５〜１００μｍのＳｍ拡散層が形成されていることを特徴とする複合部材。
2. 前記接合部におけるＴｉの平均組成は５０〜９９原子％であることを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
3. 前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から接合部の厚さ方向中心側に向かって、平均層厚０．１〜３μｍのＣｏ−Ｓｍ層、平均層厚０．５〜５μｍのＴｉＣ層、および、Ｔｉ−Ｃｏ層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合部材。
4. 前記Ｃｏ−Ｓｍ層は、平均組成で２０〜８０原子％のＣｏと２０〜８０原子％のＳｍを含有し、前記ＴｉＣ層は、平均組成で９０原子％以上のＴｉＣを含有し、前記Ｔｉ−Ｃｏ合金層は、平均組成で４５〜７５原子％のＴｉと２５〜５５原子％のＣｏを含有することを特徴とする請求項３に記載の複合部材。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の複合部材から構成されていることを特徴とする切削工具。